风电光伏发电接入电网的电压稳定及控制方法

包翔 张海平

（国网宁东供电公司 宁夏回族自治区灵武市 750411）

1 中国风电/光伏混合发电项目接入国际电网的光伏电压稳定利用现状趋势分析

能源电力系统的稳定电压电流稳定性分析是广泛指能源系统电网发生电压故障后，电网在不可能发生稳定电压系统崩溃的条件情况下，维持或及时恢复系统稳定电压运行的处理能力；目前传统的民用电力系统对于电压稳定性的分析方法主要类型有电压灵敏度分析法和v/pv 电压曲线分析法。随着我国风能，太阳能的不断深入发展，风电/光伏混合发电已被作为发展新能源的重要突破口。在现代传统的光伏电网网络电压稳定性的分析方法基础上，国内外著名科学家对太阳风电和光伏风力发电机组并网的网络电压波动稳定性问题进行了深入性的研究。华北的大型水力风电厂和光伏混合发电厂采用离散式充电管理中心很远，主要在西北和华北地区，采用弱电源连接和强启动系统的新型远传充电方式，给大型风力发电和光伏混合发电系统带来了很大的电源不确定性，严重影响了系统的负载电压性和稳定性。

在我国风电电力机组建设发展初期，由于一些主流大型风电电力机组在正常运行中会长期占用大量的无功功率，风电场的无限有功功率能量设备需求不足是最终导致主流电力系统的大电压运行稳定性大大降低的主要组成原因。此时，风电驱动系统完全可以将其看作仅只是一个产生一种有功接收功率和间接吸收无功功率的驱动接收端风电系统，类似于产生有功接收功率和间接吸收无功功率，所以目前影响我国风电系统接入其他电力系统时的电压驱动稳定性的主要影响因素之一是其对电压的直接支撑驱动能力存在不足。

2 风电/光伏发电接入后动态与静态稳定性的分析

2.1 风电/光伏发电接入后静态稳定性分析

电力系统中的静态潮流电压稳定潮流分析方法主要根据潮流模型的不同，主要分为有基于传统物理潮流概念的非稳定性潮流分析和基于lelei 动态潮流分析方程的两种静态潮流分析方法。直观的基于传统物理数学概念的两种定性曲线分析方法我们分别是根据：“发电机-输电线路-负荷”两个模型分别得到的一个pv 直点曲线和到的vq 直线曲线；这是属于最直观的定性分析方法。基于动态功率分析方程的传统静态功率分析方法主要类型有最大运动功率法、灵敏度系数分析法、潮流多项式解分析方法与基于雅可比法的矩阵奇异性分析方法。上述系统电压稳定响应分析方法是一种科学确定性强的分析方法,即在一种给定的系统电压运行条件状态（网络拓扑、功率电流输出、盲功率电流补偿等）下，可以直接确定特定过载负荷电流增长速率模式下的系统电压稳定响应裕度，这对于研究分析在一定系统运行状态条件下的系统电压运动稳定性和电压响应速度性能以及补偿控制措施应用具有重要指导意义。但是，电力系统本质上仍然是一个不确定性的系统，元件发生故障、负荷压力水平、风电和光伏风力发电都可能具有很大不确定性，电力系统预测电压波动失稳的应力概率分析不能仅通过具有确定性的预测电压波动稳定性数值分析方法来进行确定，为了有效弥补上述测量方法的不足，国内外测量专家和相关科学家将概率分析计算方法与电压应力稳定数值分析相有机结合，建立了基于电力系统预测电压波动稳定性的应力概率数值评估分析模型。

2.2 风电/光伏发电接入后动态稳定性分析

随着大型风能/光伏电站并网机组规模的逐步快速发展，重大设备故障对大型风电并网机组（包括光伏电站）设备并网时高电压运行稳定性的直接影响也越来越明显。电网的大量无功功率将被大型风电并网机组直接吸收，从电网无线有功功率控制器的应用角度分析来看，这将进一步大大降低电网供电量，危及电网相邻地区风电场的安全稳定正常运行。从各种无效有功电压调节保护设备的应用角度分析来看，在高风电（光伏）和高压低传导电压负载的应用情况下，由于不同运行系统故障或不同无功功率补偿控制器操作协调不当，可能会直接导致不同无效有功电压欠功率补偿或无功补偿操作过度，还有有可能会同时发生无功电压波动跃变等异常情况，并最终可能导致用于风机/光伏风力发电厂应用领域的光伏发电机组和建设中的发电控制单元保护设备因高、低电压负载保护系统动作的影响连锁中断脱网发生事故。国内外对光伏风电维持机组（光伏）风力动态交流电压响应稳定性的课题研究主要重点集中在光伏风电维持机组、光伏风力逆变器和无功功率电流调节器的风力动态电压响应系统特性对风机短路后风电维持系统动态电压稳定能力的重要影响与其他风电场/光伏风力发电厂的风力发电机经常停机或短路停电等实际情况。研究方向领域主要包括静态风力机组的结构与性能仿真、动态风力装置结构分析与计算风力机组中低压输出功率、风力机高压事故原因分析。

3 风电/光伏发电接入电网的电压控制策略

3.1 对风电/光伏发电设备的控制进行调节

如果一个并联补偿电容器中元组件的数量相对较少，补偿器的容量可能会随着时间增加，对我国电网的运行影响较大；如果各种并联后的电容器及其组成的数量相对较多，这将大大增加各种组的经济使用成本，因此要求相应的机电工程设计团队必须根据实际使用情况及时调整并联电容器，特别是在利用风电或光伏风力发电的材料产量价格波动显著大幅增加的实际情况下，更应该采用一种相应的具有效率高的电容器，因为这样不仅它就可以有效地准确保证所有供电控制系统的连续电压自动调节达到要求，而且它还可以有效促进所有无线低功交流补偿供电装置的连续电压调节。

3.2 控制接入电网的电压分层模型

对风力，光伏发电电压控制策略的制定中起着关键作用的是对电压进行分层模型控制。电压模型的控制与调节设备的特性的联系具有紧密性。因此，相关研究团队分析电压模型必须根据控制装置的特性来展开，并且制定合理的风能和光伏发电的分级控制措施来进行预测数据预测。通常而言，分层电源电压模型从两个方面考虑。

第一个分析对象是电网系统中的电容器和变压器设备。由于电网在运行中两个电厂的设备运行时间都比较长的，效率低，并且相应的人员无法持续调节和控制设备。因而工作人员在对风电、光伏发电电网系统中电压进行控制措施制定的时候，会参考和使用两种设备的基础调节量。但是电压偏差较小的对象会通过相关人员对功率数据的了解所控制，从而使电网的整体工作水平上升。

第二个分析对象是风电场、光伏发电厂和动态控制装等设备。在电网系统的日常运行中，微调装置功能将从这三部分更好地体现出来，可以有效地控制无功电压。当电压在系统中运输时，电压稳定程度将通过三这之间的稳定性提升将有效提高，同时还能控制和改变动态无功调压器的效率，进而提高无功出力的效率和质量。如果合适的团队结合先进有效的控制技术，分级模型不仅可以得到科学的控制与调整，而且可以有效地提高风电和光伏电网的运行水平与运行能力。

分级光伏电压控制模型策略控制在研究制定光伏风力发电和光伏水力发电的分级电压模型控制策略中也同样起着一个关键作用。一般的国际电网系统电压管理分层分析模型基于两个主要方面：第一个电压分析的研究对象主要是国际电网系统中的交流电容器和直流变压器供电设备。由于光伏电网在实际运行中通常是两个不同电厂而在运行整个过程中，时间比较长，相应工作人员不能连续同时控制风电、光伏电站并网时的电压，所以这两类发电设备将不能作为基本装备设置和未来设备供电网工作人员随时进行操作参考。然后动态控制组根据电网相应的光伏电力监测数据实时显示动态控制室的低压运行对象，以初步确定整个光伏电网的低压运行能力水平；第二层装置是光伏风电场、光伏风力发电厂和电网动态控制室该装置可以分析低压对象。在我国电网系统的日常维护运行中，这三个小部分将不仅能更好地充分体现出对微调电压装置的控制功能，对盲目电压控制和逆变电压在电网应力快速传递运动过程中也能起到一定的抑制作用。在针对电压电流进行快速输送的工作过程中，它将有效用于提高三者之间的交流电压移动稳定性和提高控制器的动态无功调压器的工作效率进而可以确保其动态无损有功调压性能的稳定好坏。如果合适的团队将先进的控制技术与之相结合，不仅可以为分级模型的控制提供有利条件，而且还可以有效地提高风电和光伏电网的运行水平。

3.3 电压模型求解的控制

风电电力机组光伏电站系统内部电压控制模型的设计求解问题属于一类非线性系统规划设计问题，重视这两个方面的问题研究也将有助于企业采取合理的系统电压模型控制措施。在通常这种情况下，适当的技术工作组和新的工作管理团队将可以使用两种计算方法被用来帮助求解传统电压计算模型，一种方法是使用传统电压算法，另一种方法是人工智能算法。虽然这些传统矢量算法已经得到了广泛的实际应用，包含了关于线性矢量规划和非线性矢量规划的许多内容，还不是可以用来处理相应或对应的有源电压控制模型，所以它也非常可以与其他相应的有源电压控制模型一起配合使用。然而，传统的直流求解电压方法由于精度低、耗时长,限制了某些复杂电压控制模型的求解内。但是智能算法能有效地避免这些问题，它具有明显的精度和效率，近年来,风电模型往往成为解决光伏并网系统的问题的常用方式。正因为如此,要重视研究智能算法，并且制定电压控制策略。

4 总结

综上所述，风电/光伏风力发电技术作为我国新能源推广使用的典型代表，设想能够让其真正改变现状,发挥真正的应用价值，不仅仅需要对我国风电/光伏风力发电的基本原理作用进行深刻的理论剖析，还要对我国风电/光伏风力发电如何接入国际电网的能源电压稳定及风电控制系统方法效应进行深入研究与实践探索。这样我们才能同时起到实现新一代能源综合利用的一种经济效益与它的社会效益，实现真正的可持续发展。